DE2104711C3

DE2104711C3 - Vorrichtung zur katalytischen Nachverbrennung der Abgase von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2104711C3
Application number: DE19712104711
Authority: DE
Inventors: Walter 6090 Ruesselsheim Bresser
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: Adam Opel GmbH
Priority date: 1971-02-02
Filing date: 1971-02-02
Publication date: 1974-03-14
Also published as: DE2104711A1; DE2104711B2

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zu katalytischer! Nachverbrennung der Abgase von Brennkraftmaschinen, mit einem Schaltventil, das den Zutritt der Abgase zum Katalysator erst freigibt, nachdem er seine Mindesttemperatur erreicht hat.

Bei der katalytischer) Verbrennung der in den Abgasen enthaltenen Schadstoffe bereitet es insbesondere bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen besondere Schwierigkeiten, diese Schadstoffe während der Anfahrphase, wenn die Brennkraftmaschine noch kalt ist und im Interesse der Zündfähigkeit des Kraftstoff-Luftgemisches mit Kraftstoffüberschuß betrieben wird, wirksam zu eliminieren. Dies ist darin be-. gründet, daß der Katalysator in dieser Betriebsphase noch nicht die für seine Wirksamkeit erforderliche Temperatur hat. In diesem Betriebszustand ist der Gehalt der Abgase von Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffen besonders hoch, während der Anteil an Stickoxyden verhältnismäßig niedrig ist, den man im übrigen durch Abgasrückführung in den Ansaug- so kanal und der damit erreichten Gemischverdünnung leicht noch senken kann. In der Anfahrphasc kommt es daher in erster Linie darauf an, möglichst schnell eine gute Verbrennung des Kohlenmonoxyds und der Kohlenwasserstoffe zu erreichen. Dieses Ziel ist durch katalytische Nachverbrennung zu erreichen, vorausgesetzt, daß es gelingt, den Katalysator schnell, auf seine sogenannte Anspringtemperatur zu bringen, nach deren Erreichen er erst wirksam ist.

Um eine schnelle Aiifheizung des Katalysators zu erzielen, sind eine Reihe von Anordnungen bekannt.

Nach der deutschen Auslegeschrift 1 088 764 ist es bekannt, den Zufluß von Zusatzluft zum Katalysator zu drosseln, und nach der deutschen Auslegeschrift I 188 373 wird ein Teil der die Brennkraftmaschine verlassenden Abgase über einen kleinen, im Nebenschluß angeordneten katalytischen Hilfsnachbrenner sieieitet. der durch eine elektrische Heizvorrichtung sehr schnell auf die erforderliche DelricbMempcratur gebracht wird.

Mit der Einrichtung nach der erstgenannten DruekNchrift wird lediglich das Ziel verfolgt, eine Überhitzung des Katalysators zu vermeiden und dementsprechend sind keine Mittel vorgesehen, durch die eine schnelle Aufheizung des Katalysator, erreicht wird. Der Nachteil der Abgasentgiftungsvinrichtung nach der Auslegeschrift I 138 373 bestehi darin, daß neben der Verwendung einer zusätzlichen Heizvorrichtung nur ein Teil der Abgase zur beschleunigten Aufheizung des Hauptkatalysators herangezogen wird.

Ferner ist durch die deutsche Patentschnl·. 675 355 eine katalytische Nachverbrennungsanlaüc bekannt, bei der die nach Verlassen des Katalysators umgelenkten Abgase in Wärmeaustausch mit den 1: den Katalysator-Vorraum einströmenden Abgas··; treten. Durch diese Anordnung wird zwar die Anwärmzcit des Katalysators zwar beschleunigt, de· Anlaiic fehlen jedoch Steuervorrichtungen, mit denen der sich ändernden Bedingungen beim Übergang d'.r Aufheizphase zur normalen Betriebsphase des Kau lysators Rechmng getragen wird. Will man dabei de· Gefahr der Überhitzung des Katalysators vorbeugen ist dieser entsprechend groß zu bemessen, wodurci. wiederum die Aufheizzeit verlängert wird.

Um die Nachteile der bekannten Anlagen zur katalytischen Abgasreinigung zu vermeiden, insbesondere um die Aufheizzeit des Katalysators bis Erreichen seiner Anspringtemperatur zu verkürzen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß eine Heizschlange in die Katalysatormasse eingebettet ist unJ in deren Vorraum mündet und daß ein Schaltvent ' an einer Abzweigstelle einer mit der Heizschlange verbundenen Nebenleitung vm der Haupt-Abgasleitung so eingebaut ist, daß es unterhalb der Mindcst-Betricbstempcratur des Katalysators den Zutritt der Abgase zur Heizschlange freigibt, zum Katalysator aber absperrt.

Mit dieser Anordnung wird in der Anfahrphase der Verbrennungskraftmaschine der Katalysator sehr schnell durch die Abgase aufgeheizt, indem die Abgase nicht nur mittels bloßen Hindurchströmens durch die Kaialysatormasse, sondern auch durch ein vorheriges Durchströmen durch die in die Katalysatormassc eingebetteten Heizschlangen in besonders intensiven Wärmeaustausch mit der Katalysatormasse treten.

Es fördert einen guten Wärmeaustausch zwischen den Abgasen und der Katalysatormassc, wenn entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung die Heizschlange mehrere Windungen aufweist.

Schließlich wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß die Heizschlange mehrere Abzweigungen aufweist.

Ausführungsbcispiele der Erfindung sind im folgenden an Hand der schematischen Zeichnung im einzelnen beschrieben und dargestellt. Dabei zeigt

F i g. I einen Katalysator auf der linken Hälfte in der Ebene der Einlaßleitungen und auf der rechten Hälfte in der Mittelebcne geschnitten,

Fig. 2 den in Fig. 1 veranschaulichten Katalysator im Schnitt längs der Linie II—II.

In Fig. 1 ist mit 10 eine Brennkraftmaschine angedeutet. Sie hat eine Abgasleitung 11, an die ein Vertcilerstück 12 anschließt, in dem von der Hauptleitung 11 eine Nebenleitung 11' abzweigt. In die.

Ahzwcigur.gsslclle ist ein thermisch gesteuertes Ventil 13 eingebaut, welches bei kalter Maschine in der Anfahrphasc den Hauptabgaskanal 11 schließt und die Abgase durch die Nebenleitung II' leitet. Diese Nehenlciiung 1Γ setzt sich in einer Leitung 14 fort.

In einem Behai'er 15 ist die Katalysaturrnasse 16 mit einem Vorraum 17 und einem nachgcschalteicn Sammelraum 18 angeordnet. Die Abgase gelangen aus dem Vorraum 17 durch die Katalysatormasse 16 hindurch in den Sammelraum 18. von wo sie dann durch die Auslaßleitung 19 in die Atmosphäre entlassen werden.

Die Katalysatormasse kann aus jedem bekannten Katalysatormaterial hergestellt sein, das geeignet ist, eine Verbrennung oder Reduktion der in den Abgasen enthaltenen Kohlenmonnxyde und Kohlenwasserstoffe zu bewirken, sobald es auf die hierfür günstige Temperatur gebracht ht. Um eine möglichst schnelle Aufheizung dieses KatalysPtormatcrials zu gewährleisten, ist gemäß der Erfindung in der Katalysatormasse eine Heizschlange 20 eingebettet, die entweder mehrfache Windungen oder mehrere Abzweigungen aufweist.

Wie bereits oben erwähnt, strömen die Abgase aus der Brennkraftmaschine 10 durch die Leitung II in der Anfahrphase, also bei kalter Maschine und kalter Katalysatormasse, zunächst durch die Nebenleitung II' und die Leitung 14. das das thermisch ges'euerte Ventil 13 den Hauptahgaskanal Il geschlossen halt. Die heißen Abgase gelangen bei diesem Betriebszustand ausschließlich durch die Leitung !4 in die Heizleitung 20, wo sie durch den durch die Ah/weigung oder Leitiing-.schlangen verlängerten W.g H-nerhalh der Kalaiysatormasse 16 einen erheblichen Teil der in ihnen enthaltenen Wurme an die Katalysatormasse abgeben und diese schnell aufheizen.
Nach Durchströmen der Heizschlange 20 treten

ίο die Abgase in den Vorraum 17 ein und durchdringen von hier aus die Katalysatormasse 16. Beim Durchdringen der Katalysaiorniasse werden in an sich bekannter Weise die in den Abgasen enthaltenen schädlichen Bestandteile der Abgase verbrannt und damit weitgehend unschädlich gemacht.

Versuche haben besiäliut, daß durch die Vorwärmung der Katalysatormas\e durch Jas Hinduichleiten der vü() bis H)OO C iicißen Abgase in einer Heizleitung 20 die Katalysat'>rmas>e in kürzester Zeit auf die sogenannte Anspringteinperalur (zwischen 150 und 250 C) gebracht wird. Hat die Katalysatormasse eine Temperatur erreicht, bei der sie •.oll aktionsfähig ist, schaltet das Ventil 13 die Nebenleitung W ab, wodurch die Abgase durch die Hauptleitung 11 direkt in den Vorraum 17 gelangen und dann die Katalysatormassc 16 direkt durchdringen, da eine zusätzliche Heizung der Katalysatormassc nicht mehr erforderlich ist.

Hierzu 1 BIaU Zeichnungen

Claims

2 104 71 I Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur katalytischer) Nachverbrennung der Abgase von Brennkraftmaschinen, mit .^r> einem Schaltventil, das den Zutritt der Abgase zum Katalysator erst freigibt, nachdem er seine Mindestbetriebstemperatur erreicht hat, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizschlange (20) in die Katalysatormasse (16) eingcbettet ist und in deren Vorraum (17) mündet um¹ daß das Schaltventil (13) an einer Abzweigstelle (12) einer mit der Heizschlange verbundenen Nehenleitung (I Γ, 14) von der Haupt-Abgasleitung (11) so eingebaut ist, daß es unterhalb der Mindesi-ßetriebstemperatur des Katalysators den Zutritt der \hgase zur Heizschlange freigibt, zum Katalysator aher absperrt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizschlange mehrere =° Windungen aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, r'aß die Heizschlange mehrere Abzweigungen aufweist.